книги2 / 385

Фактические показатели отклонений массовой скорости переплава от заданного значения при ЭШП составляли не более 19%, отклонения при ВДП составляли не более 22%.

Для решения проблемы стабильности переплава на АО «СМК» была внедрена операция ковки расходуемого электрода после вакуумно-индукционного переплава. Разливка при этом производилась в изложницу переменного сечения диаметром 410 мм в нижней и 510 мм в верхней части. Кроме того, был изменен диаметр разливочного стакана с 23 мм до 20 мм с целью снижения скорости разливки. Ковка производилась до диаметра 350 мм. Дальнейшая схема производства оставалась без изменений.

По измененной технологии было получено 2 слитка, результаты переплава представлены на рисунке 2.

Рисунок 2 Диаграммы электрошлакового (А) и вакуумно-дугового переплавов (Б).

Цифры на диаграммах в соответствии с описанием рисунка 1.

Как видно из Рисунка 2, массовый расход, а вместе с ним и остальные параметры, приобрели более контролируемый характер. При этом отклонения массовой скорости переплава от заданного значения при ЭШП составляют в данном случае не более 8%, отклонения при ВДП составляли не более 5%.

В таблице 1 представлены основные показатели технологических параметров переплава до и после внедрения операции ковки расходуемого электрода.

Таблица 1 – Основные показатели переплава

Выводы: учитывая приведенные результаты исследований, можно утверждать, что существенное влияния на качество слитка жаропрочного сплава ВЖ718 оказывает состояние расходуемого электрода. В случае получения электрода с усадочными дефектами, параметры процессов ЭШП и ВДП являются неконтролируемыми и имеют существенные отклонения от заданных величин. Внесение корректировок в режим переплава не имеет эффекта для стабилизации процесса (регулировании длины межэлектродного промежутка – длины дуги,

61

изменение тока и напряжения и т.д.). При этом, наличие ЭШП в схеме триплекс-процесса в данном случае не является улучшающим фактором. Переплав ЭШП электрода с наличием внутренних усадочных дефектов не приводит к стабилизации процесса ВДП.

Введение операций по улучшению плотности электрода (ковка) способствует существенной стабилизации как процесса ЭШП, так и ВДП. Перспективы дальнейших исследований будут направлены на изучение влияния предложенной схемы производства на результаты испытаний механических свойств, контроля микроструктуры и ультразвукового контроля при производстве прутковой заготовки из сплава ВЖ718.

Список источников

1.https://worldsteel.org/steel-topics/statistics/world-steel-in-figures-2023/

2.Корзун Е.Л. Развитие научных и технологических основ производства сталей и сплавов с контролируемым содержанием азота и углерода: Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук: 05.16.02 / Корзун Е.Л. – Донецк, 2021. – 435с.

3.Zanner F.J., Bertram L.A., Harrison R., Flanders H.D. Relationship between furnace voltage signatures and the operational parameters arc power, arc current, CO pressure, and electrode gap during vacuum arc melting Inconel 718 // Metallurgical transactions B, Volume 17B. June 1986, 357-365.

4.Швед Ф.И. Слиток вакуумного дугового переплава // Челябинск: ООО

«Издательство Татьяны Лурье». – 2009. 428с.

5.Л.Н. Белянчиков. К вопросу стабилизации процесса ВДП стали и сплавов // «Электрометаллургия» №8, 2011. С. 18-23.

The work analyses the production scheme for the manufacture of a high quality large-section ingot (520 mm diameter) of the alloy VJ718, produced according to the triplex process: melting of the initial consumable electrode in a vacuum induction furnace, remelting in an electroslag furnace and remelting in a vacuum arc furnace. The text also discusses the impact of the quality of consumable electrodes on the stability of electroslag (ESR) and vacuum-arc remelting (VAR). The paper demonstrates how the forging operation of a consumable electrode affects remelting processes. The study compares ESR and VAR remelting of cast and forged consumable electrodes.

The authors emphasize the significance of producing a dense consumable electrode without internal shrinkage defects. However, ESR does not entirely eliminate the drawbacks of a cast consumable electrode with a large cross-section for subsequent stabilization of vacuum-arc remelting.

The VJ718 alloy was successfully remelted using electroslag and vacuum-arc techniques, with the addition of forging a consumable electrode. This modified technology yielded positive results. Keywords: metallurgy, heat-resistant alloy, electroslag remelting, vacuum arc remelting.

62

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ АЭРОБНОЙ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД АКТИВНЫМ ИЛОМ

Чаговец В.К., Смульский К.М., Крымов Р.С.

ФГАОУ ВО «КФУ им. В.И. Вернадского», Институт «Академия строительства и архитектуры», Республика Крым, Симферополь

kelt_roman@mail.ru

В работе проведен анализ биологической очистки канализационных очистных сооружений г. Алушта на основе определения эффектов очистки по ХПК и рациональных технологических параметров процессов. Были рассчитаны и выбраны оптимальные параметры работы сооружений такие как, продолжительности аэрации, регенерации активного ила, нагрузки по ХПК, удельной скорости окисления и окислительной мощности.

Ключевые слова: активный ил, городские сточные воды, аэрация, аэротенк, регенерация

С развитием человечества его влияние на окружающую среду становится все более значительным, что приводит к ухудшению состояния водных ресурсов. Постоянное загрязнение водных источников усложняет процесс очистки воды и ограничивает ее использование в хозяйственной деятельности. Постоянно ухудшающаяся ситуация загрязнения водных источников, приводит к необходимости принятия более жестких условий

иэкологических требований [1].

Вприродных водных объектах, при загрязнении различными видами отходов человечества, происходит изменение физических и химических свойств воды. При изменении химического состава воды, происходит накопление вредных веществ как на дне, так и на поверхности водных источников. В современном мире остро стоит проблема загрязнения окружающей среды и, в частности, водных ресурсов. Высокий уровень вредных веществ в организме человека может привести к развитию онкологических и неврологических заболеваний. Кроме того, сточные воды, содержащие кишечные палочки и энтеровирусы, могут вызвать серьезные нарушения работы желудочно-кишечного тракта и нанести вред здоровью человека. Поэтому важно принимать меры по улучшению качества очистки сточных вод и контролю их выброса в окружающую среду. Большинство болезней и смертей, человечество могло бы избежать, при условии, что население получало чистую питьевую воду

[1].

Вусловиях активной застройки прибрежных территорий, наземные экосистемы водных объектов могут изменяться в негативную сторону и деградировать. Застройка прибрежных районов, а также, превращение берегов водоемов, рек в заасфальтированные набережные, приводит к ухудшению экологической среды данных территорий [1].

Существующие канализационные очистные сооружения (КОС) и сети в Республике Крым построены, в основном, в семидесятые и восьмидесятые годы прошлого века. За прошедшие года, вышеуказанные канализационные очистные сооружения и сети, морально и физически устарели, технически износились, выработали свой технический ресурс. В последнее время, после воссоединения Республики Крым с Российской Федерацией, произошел рост населения в городах, селах и поселках в Республике Крым, что повлекло за собой увеличение объемов сточных вод, поступающих на существующие канализационные сооружения и сети [2].

С увеличением объема сточных вод, поступающих на существующие очистные сооружения, возникла потребность в использовании новых экологически безопасных технологий для их обработки и модернизации. Тем не менее, подходы и технологические

63

решения, применяемые при проектировании и модернизации очистных сооружений, как правило, не меняются на протяжении многих лет [2].

С учетом принятия новых нормативных документов, регулирующих строительство и реконструкцию канализационных систем, вопрос соблюдения этих норм становится актуальным для большинства объектов централизованной системы водоотведения [2].

Целью данного исследования является анализ работы аэробной биологической очистки городских сточных вод на основе определения эффектов очистки по ХПК и рациональных технологических параметров процессов: продолжительности аэрации, регенерации активного ила, нагрузки по ХПК, удельной скорости окисления и окислительной мощности.

Объектом исследований являются биологические процессы очистки городских сточных вод при изменении продолжительности аэрации сточных вод и регенерации активного ила.

Среднегодовая характеристика сточных вод, поступающих на исследуемых КОС по основным показателям приведена в данной таблице 1.

Для исследований активный ил был отобран на очистных сооружениях в пластиковые бутылки объемом 2 л и 5 л. Для обеспечения микроорганизмов активного ила достаточным количеством кислорода и для поддержания их в взвешенном состоянии проводили искусственную аэрацию с помощью мелкопузырчатым (аквариумным) аэратором [3].

Для определения дозы активного ила по сухому веществу отбирали тщательно перемешанную иловую смесь объемом 50 см3, которую отфильтровывали на предварительно высушенном и взвешенном бумажном фильтре «белая лента». После этого фильтр с осадком поместили в высушенный и предварительно взвешенный бюкс, высушивание проводили до постоянной массы при температуре 105 °С в течение шести часов в сушильном шкафу [3, 4].

Образцы аэрировали с помощью аэратора и компрессора в течение 4, 6 и 8 часов. Для установления эффективности очистки отбирали сточную воду после аэрации и определяли конечный показатель ХПК очищенной воды с помощью фотометр «Эксперт-003» [3, 4].

В целях нахождения оптимальных режимов работы компактной установки был составлен план полного двухфакторного эксперимента, описывающие процесс биологической очистки, при котором показатель ХПК после очистки зависит от времени аэрации и объема воздуха.

После тридцатиминутного отстаивания проб активного ила объемом 50 см3 получили окончательное значение объема активного ила, что он занимает после осаждения: для первого, второго и третьего цилиндров и значения составляют 15, 14 и 14 см3 соответственно. Из полученных данных процесса осаждения активного ила построены кривые, характеризуют динамику седиментации активного ила (рис. 3.1).

64

UOT. 622.276.

STUDYING THE RHEOLOGICAL PROPERTIES OF HIGH-PARAFIN OIL

Pashaeva S.M.

Azerbaijan State University of Oil and Industry, Baku AZ1010 seide.memmedli@list.ru

The effect of NDP-6 depressor additive on asphaltene-resin-paraffin deposits and rheological parameters in high-paraffin oil has been investigated in laboratory conditions for the first time. It has been established that the depressor additive has an efficient effect on the process of asphaltene- resin-paraffin deposit and rheological parameters of the high-paraffin oil sample. As a result of the conducted researches, it has been found that since the concentration of the additive increases, the effect efficiency also increases. The process of asphaltene-resin-paraffin deposit of the oil sample without NDP-6 additive has been investigated by the method of “Coldfingertest”, and then the effect of the additive on the ARPD process of high-paraffin oil has been determined. At this time, the highest efficiency has been observed at a concentration of 900 g/t, and the effect of the depressor additive on paraffin deposit is 90% at that concentration. Before studying the effect of the depressor additive on the rheological parameters of the high-paraffin oil sample, the rheological parameters of the oil sample have been determined by investigating it in a Reotest-2 viscometer, and within the framework of the Hershel-Bulkley model, the value of the effective viscosity and limit shear stress has been calculated depending on the temperature at a constant velocity gradient (5 sec-1). When the concentration of the depressor additive increased from 300 g/t to 900 g/t, the effect of the highparaffin oil sample on the rheological parameters, i.e., the limit shear stress and the effective viscosity, has been studied using the Reotest-2 viscometer at different temperatures. It has been revealed that since the concentration of the additive increases, the efficiency of the additive also increases. Thus, the highest effective index was at the additive concentration of 900g/t, and at this time, the value of the limit shear stress of high-paraffin oil at a temperature of 15 decreased from 14,32 Pa to 2,54 Pa, and the value of the effective viscosity from 2,86 Pa·s to 0.51 Pa·sec. Thus, based on the results obtained from the experiments, the efficiency of the NDP-6 depressor additive has been calculated. The highest efficiency has observed at 900 g/t concentration of NDP-6 additive.

Keywords: “Coldfingertest” method, ARPD, reotest-2 viscometer, rheological parameters, effective viscosity, shear stress.

Various methods are widely used to prevent the formation of paraffin deposits and to purify the oil deposits that have already formed on the inner surface of oil field facilities in the processes of oil storage and transportation. The diversity of oil production process and the produced product requires an individual approach to this work. For this reason, when selecting a method of combating oil deposits, it should be taken into account that the efficiency of the method directly depends on the type of oil production, as well as the component composition and properties of the produced product [1,2].

The presence of long-chain paraffin hydrocarbons in oil is one of the main factors affecting the formation, solidification, and increase of viscosity of oil deposits. Rather, the polar compoundsresins and asphaltenes contained in the oil can make radical changes in the crystallization of the paraffin hydrocarbon. The effect of these components is reflected both in the dispersing effect and in the profound change in the shape and structure of the formed crystals. Also, aliphatic radicals contained in the composition of resin and asphaltenes can co-crystallize with solid hydrocarbons, resulting in the formation of amorphous-crystalline structures [3].

66

When the oil temperature is higher than the melting temperature of solid hydrocarbons, they are dissolved in the liquid phase of oil-dispersed systems. When the temperature drops, the dissolved solid hydrocarbons are separated from the oil in the form of crystals with the function of forming a spatial structure [4,5].

The formation of asphaltene-paraffin-resin deposits on the internal surfaces of oil field facilities can occur according to the following three mechanisms:

1. Crystallizing-surface mechanism; 2. Sediment-volume mechanism; 3. Mixed mechanism: In general, regardless of the mechanism, the crystallization process is the factor that

determines the formation of ARPD [6].

One of the main rheological parameters of oils is viscosity. Viscosity characterizes the fluidity of oil, and paraffin oils belong to the oil group of high viscosity. With an increase in viscosity, the frictional pressure increases, fluidity deteriorates, and as a result, energy loss occurs. Temperature is one of the factors that most affect viscosity. An increase in temperature lowers the viscosity, which eliminates difficulties in transporting oils of high-viscosity. In this regard, high-paraffin oil and oil products are transported by the heating method, which is considered inconvenient due to its high cost from an economic point of view [7,8].

Depressor additives are used to prevent paraffin deposit. When paraffin deposit inhibitors are added to oil at optimal concentrations, they affect the crystallization process of paraffins in such a way that the viscosity of oil and also the amount of deposit of asphaltene, resin and paraffins are reduced. It is known that small additions of surfactants greatly weaken the formation of dispersed spatial structures formed by paraffin crystals [9].

Depressor additives prevent its formation by affecting the structure of bulk crystalline lattices. As a result, the rheological properties of oil improve and the frictional pressure losses reduce. Chemical reagents can also be used for hydrotransport of oils of high-viscosity [10].

The viscosity of fluids characterizes the resistance of one layer to the movement of the adjacent layer as a result of the interaction of interlayer molecules in the laminar flow process. The viscosity of fluids depends on the structure and chemical composition of molecules. In the highparaffin dispersed oil system, since the colloidal particles in small concentrations of paraffin are located at long distances from each other, they interact weakly. Therefore, the viscosity of the oil system is small. As the concentration of paraffin increases, the distance between these particles decreases, and the interaction between them causes the particles to combine and form associations. At this time, a certain increase in viscosity is observed. In high concentration of paraffin hydrocarbons, the associates are so close to each other that they combine and form a single spatial network, and as a result, a sharp increase in the viscosity value is observed [11,12].

The amount of heavy components in the oil composition is determined by the method of

“Coldfingertest”. This method is based on the precipitation of asphaltene-resin-paraffin deposits from moving oil on a cold metallic surface. In the “Coldfingertest” method, all stages such as the formation and storage of ARPD, including processes such as dispersion of sediments under the impact of oil flow, precipitation of heavy components of oil, growth, formation of crystallization centers, are realized. It is also possible to determine the minimum amount of ARPD and the starting temperature of paraffin crystallization during the experiment through the method of “Coldfingertest”. On the other hand, this method adjust the experimental conditions of the paraffin deposit formation in the oil moving with a magnetic mixer to the flow conditions in real pipelines. So, at this time, the flow of paraffins dissolved in a large amount of oil onto the cold metal surface is implemented. In the absence of mixing, paraffin crystals deposit is rarely observed and they remain suspended in the dispersed oil system medium.

67

Development, selection and laboratory testing of depressor additives and their application in industry that are economically viable and improve the rheological properties of high paraffin oils are currently one of the urgent issues on the agenda for the world’s oil industrial countries. Depressor additives can be determined for different oils in the investigation of physical-chemical indicators and component composition of oils. According to their purpose, depressor additives differ from each other. Thus, there are depressor additives concerning distillate fuels, gas condensates, lubricants, fossil fuels and various types of oils. In some cases, one additive can be used in several areas. Therefore, depressor additives can be multifunctional.

Research objective is to investigate the effect of NDP-6 reagent on the rheological properties of high-viscosity oil in laboratory conditions.

First of all, the experiments were carried out for 2 hours at the temperatures of 00C, 50C, 100C, 150C, 200C, 250C, 300C of the “Coldfingertest” for the oil sample without additives. The mass of oil deposits accumulated on the surface of the pipe was determined by weighing on an analytical scale for 0, 20, 40, 60, 80, 100, 120 minutes (table 2) at each temperature.

During the experiment, the amount of ARPD released from the oil sample without adding the reagent is high. In laboratory conditions, experiments for oil samples with concentrations of 300, 500, 700, 900, 1100 g/t of NDP-6 depressor additive were carried out according to the same methodology, and the amount of deposits accumulated on the cold surface was determined by weight method. Based on the obtained results, the efficiency of the additive was calculated with the following mathematical expression.

When the concentration of the depressor additive increases, its effect on ARPD also increases. However, when the concentration increases to 1100 g/t later, the efficiency decreases. The highest effect was observed at a concentration of 900 g/t (90%).

The effect of NDP-6 depressor additive on the effective viscosity of high-paraffin oil was investigated in laboratory conditions. The research process was carried out in a “Reotes-2” viscometer in a wide temperature range (60С, 80С, 100С, 120С, 150С, 200С, 300С, 400С, 500С) and a speed gradient of 5 s-1. The given values of rheological parameters (K, n, 0 ) once again confirm that the investigated oil sample has non-Newtonian properties such as 400C. The oil sample with 300 g/t NDP-

6 additive was also investigated in the “Reotes-2” viscometer, and its rheological parameters were determined. Due to the effect of 300 g/t NDP-6 depressor additive, oil shows non-Newtonian properties at 200C, and at 300C, it almost became a Newtonian fluid. Experiments were carried out with the same procedure for NDP-6 additive concentrations of 500, 700, 900 and 1100 g/t, and the change in the rheological parameters was determined. when the concentration of the reagent increases from 300g/t to 900g/t, high paraffin oil shows Newtonian properties at lower temperatures. When adding 500 g/t of NDP-6 additive, oil showed non-Newtonian fluid properties up to 200C, when adding 700 g/t it showed non-Newtonian fluid properties up to 150C, and when adding 900 g/t it showed non-Newtonian fluid properties up to 120C. According to these results, the values of effective viscosity and limit shear stress were calculated for the reagent free oil sample and the oil samples with NDP-6 reagent added in different concentrations (300,500,700,900).

Based on the values of the effective viscosity and limit shear stress obtained as a result of the calculation, the temperature dependence curves of those indicators were established and presented in figures 1 and 2.

68

that when the additive density increases to 900 g/t, the value of the ultimate shear stress of the oil at a temperature of 15 ranges from 14.32 Pa to 2.54 Pa, and the value of the effective viscosity ranges from 2.86 Pa s. up to 0.51 Pa · reduction to sec. The results of numerous experiments suggest that the optimal consumption rate of the NDP-6 depressant additive when influencing asphaltene-resin- paraffin deposits and rheological parameters in a sample of highly waxy oil is 900 g/t.

References

1.Basarygin Yu.M., Bulatov A.I., Proselkov Yu.M. Technology of capital and underground repair of oil and gas wells: textbook for universities. Krasnodar: Соb. Kuban. 2002. P. 584.

2.Kelbaliyev G.I., Rasulov S.R., Tagiyev D.B. Transport phenomena in dispersed media. UK. London. Taylor & Francis Group. 2019. P. 472.

3.Nebogina H.A., Prozorova I.V., Yudina N.V. [and others] Process of stabilization and sedimentation of water-oil systems. Neftegazovoe delo: elektron, nauchn. journal. 2007.

4.Rasulov S.R. Fireproof cleaning of tanks from oil sediments. News of the Ural State Mining University. 2017. N. 1. P. 68-71.

5.Sharifullin A.V., Baibecova L.R., Khamidullin R.F. Composition and structure of asphalt-resin-paraffin deposit of Tatarstan. Tekhnologii nefti I gasa. 2006. N. 4. P. 34-41.

6.Markin A.N., Nizamov R.E., Sukhoverkhov S.V. Neftepromyslovaya chemistry. Practical manual. Vladivostok: Dalnauka. 2011. P. 288.

7.Espolov I.T., Ayapbergenov E.O., Serkebaeva B.S. Features of the rheological properties of high-viscosity oil during pipeline transportation. Journal of Transport and Storage of Oil Products and Hydrocarbon Raw Materials. 2016. N. 3. P. 35-39.

8.Ivanova L.V. Asphaltosmoloparafinovye deposits in mining, transportation and storage processes. Neftegazovoe delo. 2011. N. 1. P. 268-284.

9.Beshagina E.V., Yudina N.V., Loskutova Yu.V. Crystallization of petroleum paraffins in the presence of surface-active substances. Neftegazovoe delo. 2007. P. 1-8.

10.Aldyarova T.K. Results of tests of depressor additives on the section of the oil pipeline Kumkol-Karakoin. Oil and gas. 2005. N. 5. P. 13-14.

11.Eyvazov E.А., Masimov E.A., Guliyeva R.Q. Viscosity mechanisms of liquids. News of Baku University. 2013. N. 1. P. 98-110.

12.Mammadov E.A. Experimental study of rheological properties of paraffin oil sample before and after nanotreatment. News of Baku University. 2013. N. 4. P. 5-12.

70